Приточно-вытяжная установка с утилизацией тепла

Изобретение относится к системам энергосбережения в области кондиционирования. Для очистки сильно запыленного циркуляционного воздуха используется аппарат со встречными закрученными потоками, а для увлажнения очищенного воздуха применяется многофункциональный аппарат со встречными закрученными потоками, выполняющий также функцию мокрого пылеуловителя и смесителя двух потоков воздуха. Технический результат - повышение производительности систем кондиционирования воздуха в холодный период года за счет экономии энергоресурсов, упрощения конструкции, монтажа и обслуживания. 3 ил.

 

Изобретение относится к системам энергосбережения в области кондиционирования.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является приточно-вытяжная установка с регенеративным теплоутилизатором по патенту РФ №2011127, F24F 5/00, 1987 г. (прототип), содержащая корпус, каналы для приточного и вытяжного воздуха, вентилятор, камеру с регенеративным теплоутилизатором.

Недостатком известной установки является сравнительно невысокая эффективность за счет перекрестной организации потоков воздуха.

Технический результат - повышение производительности систем кондиционирования воздуха в холодный период года за счет экономии энергоресурсов, упрощения конструкции, монтажа и обслуживания.

Это достигается тем, что для очистки сильно запыленного циркуляционного воздуха используется аппарат со встречными закрученными потоками, а для увлажнения очищенного воздуха применяется многофункциональный аппарат со встречными закрученными потоками, выполняющий также функцию мокрого пылеуловителя и смесителя двух потоков воздуха.

На фиг.1 изображена схема установки, на фиг.2 изображен процесс обработки воздуха на i-d диаграмме, на фиг.3 - схема форсунки.

Приточно-вытяжная установка с утилизацией тепла, корпус которой включает воздухозаборное устройство 1, устройство для раздачи воздуха 2, воздуховод 3, аппарат со встречными закрученными потоками 4, верхний тангенциальный закручиватель 5, нижний тангенциальный закручиватель 6, пылеотводящий патрубок 7, центробежный вентилятор 8, многофункциональный аппарат со встречными закрученными потоками 9, нижний тангенциальный закручиватель 10, верхний тангенциальный закручиватель 11, центробежные форсунки 12, выхлопной патрубок камеры увлажнения 13, входной патрубок камеры смешения 14, вихревая камера смешения 15, раскручиватель 16, шлакоотводящий патрубок 17, отработанная жидкость 18, малогабаритный кондиционер 19. Кондиционер представляет собой компактный агрегат, в металлическом корпусе которого располагаются: низконапорный вентилятор 23, фильтр 25 для очистки воздуха от механических примесей, поверхностный воздухонагреватель 24, раскручиватель 22, шумоглушитель 21, выходная секция 20.

В комбинированном многофункциональном аппарате со встречными закрученными потоками в рабочем пространстве первой ступени образуются, как и в классическом аппарате со встречными закрученными потоками, два закрученных в одну сторону, но встречно направленных потока: восходящий G₁ - в центральной части камеры и нисходящий G₂ - в периферийной части. Для тепловлажностной обработки воздуха в камеру подается вода, распыляемая центробежными тангенциальными форсунками. Под действием центробежных сил капли воды отбрасываются на вертикальные стенки аппарата и по ним стекают в нижнюю часть камеры. Затем увлажненный воздух выводится из камеры через выхлопной патрубок, расположенный в верхней части первой ступени аппарата, и поступает в камеру смешения (вторая ступень аппарата). Часть наружного воздуха G₃, заранее подготовленная в системе кондиционирования воздуха, через тангенциальный закручиватель подается в камеру смешения, где поток увлажненного воздуха смешивается с наружным. Увеличение диаметра камеры смешения относительно первой ступени аппарата, где происходит увлажнение и мокрое обеспыливание, обеспечивает падение скорости воздуха в поперечном сечении аппарата и, как следствие, не создавая существенного дополнительного аэродинамического сопротивления, способствует предотвращению каплеуноса. На выходе из аппарата установлен раскручиватель. Процесс водоподготовки осуществляется с помощью системы запорно-регулирующей арматуры, отстойника и фильтра, а также циркуляционного и подпиточного насосов.

Форсунка (фиг.3) содержит полый корпус, состоящий из цилиндрической части 1 с внешней резьбой для подсоединения к штуцеру распределительного трубопровода для подвода жидкости и внутренней резьбой для соединения с коническим соплом 5.

Корпус 1 и сопло 5 образуют две соосные между собой внутренние камеры 4 и 13. Цилиндрическая камера 4 служит для подвода жидкости, а коническая камера 13, образованная поверхностью усеченного конуса сопла, является нагнетательной камерой для создания повышенного давления.

На сопле 5 со стороны, противоположной подводу жидкости, выполнен жиклер, который состоит из цилиндрического дроссельного отверстия 8 и конического отверстия 9 с расширением в сторону объекта. При этом на поверхности конического отверстия 9 выполнена винтовая (на чертеже не показано) нарезка (например, коническая резьба с крупным шагом) для создания веерообразного выхода жидкости из жиклера.

На конической боковой поверхности 5 сопла выполнено, по крайней мере, два ряда цилиндрических дроссельных отверстий 6 и 7, оси которых перпендикулярны конической боковой поверхности сопла 5, и в каждом ряду выполнено, по крайней мере, три цилиндрических дроссельных отверстия, причем в горизонтальной плоскости проекции осей отверстий 6 и 7 в этих рядах отстоят друг от друга на угол 7,5…60° для создания мелкодисперсной сплошной фазы распыливаемой жидкости.

Для создания наибольшего эффекта образования мелкодисперсной сплошной фазы распыливаемой жидкости в цилиндрической камере 4, соосно ей, установлен с зазором 12 относительно внутренней боковой поверхности камеры 4 завихритель 3, выполненный в виде втулки с винтовой внешней нарезкой с крупным шагом трапецеидального профиля и закрепленный посредством внутренней резьбы 11 на штоке 2 с коническим обтекателем в верхней части.

Завихритель 3 закреплен в своей нижней части посредством жестко присоединенной к нему круглой пластины 14 к корпусу 1. В круглой пластине 14 выполнен паз по спирали Архимеда, имеющий направление крутки, совпадающее с направлением крутки потока жидкости завихрителя 3.

Приточно-вытяжная установка с утилизацией тепла работает следующим образом.

Отработанный в цехе воздух с температурой уходящего воздуха подается на очистку в аппарат со встречными закрученными потоками 4, и очищенный от волокнистой пыли воздух почти в полном объеме используется повторно, увлажняясь и очищаясь от тонкой пыли в многофункциональном аппарате со встречными закрученными потоками 9, а затем смешиваясь с наружным воздухом, предварительно обработанным в малогабаритном кондиционере 19. Далее происходит процесс смешения двух потоков воздуха различных параметров, осуществляемый в вихревой камере смешения 15 многофункционального аппарата.

Разработанная схема предполагает для подготовки наружного воздуха использовать малогабаритную установку, а основную массу используемого повторно воздуха (до 90% от общего объема воздуха) обрабатывать в аппаратах со встречными закрученными потоками. При этом технологическая компоновка самого кондиционера существенно упрощается, поскольку в ней исключаются такие секции, как секция второго подогрева, камера орошения, секция смешения и каплеуловитель.

Данная схема позволяет достичь параметров приточного воздуха в более широком диапазоне влажности, поскольку вентагрегаты установлены до многофункционального аппарата, и процесс нагрева воздуха, после его увлажнения и смешения с наружным воздухом из кондиционера, исключается. Таким образом, незначительное понижение температуры приточного воздуха и повышение его влажности позволяет снизить требуемый объем подаваемого в помещение воздуха до 10%.

Для обеспечения параметров воздуха, отвечающих технологическим требованиям, на i-d диаграмме строится процесс обработки воздуха таким образом, чтобы параметры точки смеси (камера смешения) соответствовали параметрам приточного воздуха. При этом приточный воздух за счет ассимиляции тепло- и влагоизбытков, достигает значения параметров точки В, соответствующих параметрам внутреннего воздуха (фиг.2). На диаграмме приведены следующие обозначения: Н - наружный воздух; С - смешение воздуха в вихревой камере смешения (12% - количество наружного воздуха в смеси); П₁ - первый подогрев (наружный воздух); О - адиабатическое увлажнение в аппарате с закрученными потоками; П - приточный воздух; У - уходящий (вытяжной) воздух.

Работа форсунки осуществляется следующим образом.

При подаче жидкости в корпус 1 под действием перепада давления 0,4…0,8 МПа в камерах 4 и 13 благодаря завихрителю 3 создаются вихревые потоки жидкости, которые устремляются в жиклер 5, а в цилиндрических дроссельных отверстиях 6 и 7 создаются потоки жидкости, устремляющиеся к выходным срезам отверстий и жиклера.

При столкновении расширяющихся потоков жидкости, истекающих через выходное коническое отверстие жиклера с винтовой нарезкой и цилиндрических дроссельных отверстий 6 и 7, происходит образование веерообразного газожидкостного потока в виде пелены, т.е. реализуется механизм дробления капель жидкости, но генерируемый пеленообразный поток отклоняется от горизонтальной плоскости на больший угол, в диапазоне от 45 до 60°, в направлении к центральной области орошаемой поверхности, расположенной непосредственно под жиклером.

Разработанная принципиально новая схема тепловлажностной обработки воздуха совместно с использованием аппаратов со встречными закрученными потоками позволяет создать новую энергосберегающую технологию, применительно к задачам кондиционирования воздуха производственных помещений, предполагающую повторное использование тепла и влаги сильно запыленного воздуха, не пригодного для утилизации энергоресурсов традиционными методами. Повышение технико-экономических показателей разработанного метода достигается за счет применения для очистки воздуха аппаратов со встречными закрученными потоками, что позволяет снизить стоимость центрального кондиционера, заменив его малогабаритной климатической установкой упрощенной конструкции.

Приточно-вытяжная установка с утилизацией тепла, содержащая корпус, каналы для приточного и вытяжного воздуха, вентилятор, камеру с регенеративным теплоутилизатором, установка дополнительно содержит аппарат со встречными закрученными потоками для предварительной очистки рециркуляционного воздуха, аппарат со встречными закрученными потоками для окончательной очистки рециркуляционного воздуха и его увлажнения и смешивания с наружным воздухом, малогабаритный кондиционер для обработки наружного воздуха, центробежные вентиляторы и запорно-регулирующую арматуру с автоматическими блоками управления, причем один из аппаратов со встречными закрученными потоками выполняет также функции увлажнителя с форсунками и смесителя, отличающаяся тем, что форсунка выполнена вихревой, содержащей полый цилиндрический корпус, соединенный с соплом, в котором выполнены отверстия, корпус состоит из цилиндрической части с внешней резьбой для подсоединения к штуцеру распределительного трубопровода для подвода жидкости и внутренней резьбой для соединения с коническим соплом, при этом корпус и сопло образуют две соосные между собой внутренние камеры, причем цилиндрическая камера служит для подвода жидкости, а коническая камера, образованная поверхностью усеченного конуса сопла, является нагнетательной камерой для создания повышенного давления, а на сопле со стороны, противоположной подводу жидкости, выполнен жиклер, который состоит из цилиндрического дроссельного отверстия и конического отверстия с расширением в сторону объекта, при этом на поверхности конического отверстия выполнена винтовая нарезка для создания веерообразного выхода жидкости из жиклера, а на конической боковой поверхности сопла выполнено, по крайней мере, два ряда цилиндрических дроссельных отверстий, оси которых перпендикулярны конической боковой поверхности сопла, и в каждом ряду выполнено, по крайней мере, три цилиндрических дроссельных отверстия, причем в горизонтальной плоскости проекции осей отверстий в этих рядах отстоят друг от друга на угол 7,5…60° для создания мелкодисперсной сплошной фазы распыливаемой жидкости, при этом в цилиндрической камере, соосно ей, установлен с зазором относительно внутренней боковой поверхности камеры завихритель, выполненный в виде втулки с винтовой внешней нарезкой с крупным шагом трапецеидального профиля и закрепленный посредством внутренней резьбы на штоке с коническим обтекателем в верхней части, а завихритель закреплен в своей нижней части посредством жестко присоединенной к нему круглой пластины к корпусу, причем в круглой пластине выполнен паз по спирали Архимеда, имеющий направление крутки, совпадающее с направлением крутки потока жидкости завихрителя.